机械设计中材料选择和应用思考

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【摘 要】本文首先分析了机械设计中的材料选择，例如功能性材料、合金钢与碳素钢材料、载荷类型材料、低消耗材料等。随后文章提出了机械设计中材料使用应该注意的问题，例如经济性和适用性的有效统一、注重设计的环保节能效果、注重材料的实用性等问题，希望能给相关人士提供一些参考。
【关键词】机械设计；材料选择；应用思考
在机械生产过程中最为重要的环节就是机械设计环节，要重视材料的合理选择与使用，机械材料的选择决定了机械生产的整体质量，同时可以促进机械制造行业的可持续发展，为此，机械制造的相关管理人员应该重视其机械材料的合理应用于选择，从多方面角度入手，考虑到材料的实际使用性能与范围，通过对材料的合理选择来提高机械制造行业的整体经济效益，并实现环境保护的目的，提高人民群众的生活质量，促进我国绿色经济的持续发展。
一、机械设计中的材料选择
（一）功能性材料
在选择机械材料时，要注意制造部件的不同，对于功能性质的要求也有所不同，为此在选择机械材料之前要详细掌握材料的不特性，从而保证在选择材料时能够满足部件的应用需求。例如部分机械零件需要在机械制造中安装到需要较大支撑力的部位，而部分机械零件则需要安装在具有较强耐磨要求的位置。有的零件则是需要具备良好的外观条件，主要的作用就是美化作用。由此我们可以看出在选择安装零件时，需要对设计整体结构有一个大致的了解，同时掌握不同部位的不同功能要求，随后在根据个性化的设计需求来选择高性能的机械材料。
（二）合金钢与碳素钢材料
在进行机械设计时，所使用的最为普遍的金属材料就是碳素钢材料。碳素钢这种材料的加工过程十分簡单，同时所需要的施工成本也比较低，但是实际应用范围却有所限制。碳素钢的硬度和韧度都比较差，因此不适合大尺寸零件的加工过程。而在这总情况下，合金钢应运而生，相关研究人员通过将合金元素添加到碳素钢的制造之中，从而产生合金钢，有效提高了碳素钢自身的硬度和韧性，这一过程就如同对碳素钢进行了淬透作用。除此之外，合金钢在碳素钢的基础上还使机械材料的耐磨性得到了一定的提升。在特殊的实践操作下，将碳素钢转变为具有良好使用性能的合金钢，不但有效提高了材料的使用性能，还减少了资源的浪费现象，有助于机械制造行业的绿色发展。
（三）载荷类型材料
在机械产品的实际运行过程中，经常会发生一些意外问题，例如机械的内部零件突然无法正常运转，而产生这种问题的主要原因就是没有合理选择机械材料，导致材料的负载能力较差。除此之外，在机械的实际运行过程中，机器经常会发生突然停运的事件，而出现这种问题的原因就是材料荷载力的影响。因此为了机械在运转过程中有效避免上述问题发生，促进机械的顺利运转，需要对机械材料进行深入研究，在了解机械材料不同使用性能的基础上计算好机械零件自身的负荷能力，从而为机械的正常运转提供基础的保障。
（四）低消耗材料
为了促进机械制造产业的可持续发展，在选择和使用相关机械材料过程中应该在最大程度上使用环保节能型材料。比如部分产品在进行生产制造的过程中需要选择具有较强防腐能力的机械材料来应对环境较为恶劣的施工情况，其中有的机械制造厂家会选择塑料质量或是不锈钢等材料，而有的生产厂家则会利用喷涂方式来实现提高机械制造的防腐效果，然而在对机械表面进行喷图施工时，所产生的污染较大，会对自然环境造成严重的不良影响，从而不利于机械制造整体操作环节的可持续发展。由此相关设计者要认识到喷涂方式的不良影响，从而尽量避免使用喷涂方式来进行防腐性操作，要通过提高机械材料的自身性质来实现防腐的目的。除此之外，部分性能较差的材料，需要通过相关的热处理操作才能有效提高材料的使用性能，但是在进行热处理时，整个操作过程中也会对环境造成一些不良影响，由此要尽量避免选择需要进行热处理的材料，或是使用热处理操作较少的材料。
二、在机械设计使用材料时应该注意哪些事项
（一）经济性和适用性的有效统一
目前在机械设计环节选择所使用的材料时，应该坚持适用性与经济性有效统一的原则。在机械制造的实际操作过程中，相关生产人员应该将机械材料的实际生产步骤作为选择参考。正常情况下，机械设计中的不同类型不仅需要不同的机械材料，所使用的实际操作技术也有所不同，在机械的切削方式、焊接工艺以及铸造工艺等方面均具有不同的要求。因此在材料的最终使用过程中，相关设计人员为了让机械材料的性能充分发挥出来，需要提高机械材料的适用性。与此同时，为了保证机械零部件能够将自身效用正常发挥出来，需要合理选择机械材料，同时在最大程度上提高材料自身的经济性能，从而实现机械设计经济效益的最大化[1]。
（二）注重设计的环保节能效果
国家提出的绿色持续发展战略已经在社会中的各个行业中普及开来，而机械制造领域中引用可持续发展计划有助于提高制造业的社会竞争力，促进制造企业的平稳持续发展。因此在使用材料时要避免高能耗和高污染的材料。可持续发展计划在我国一直是发展的重点目标，实施可持续发展的关键目的是让社会中的各层企业都能实现生产运营中的环保化与节能化。在当前的发展情况下，各个生产企业需要以相关标准规范为基础进行科学生产建设，将国家提出的环保原则作为企业生产建设的基础，将国家的环保建设方面的方针政策落到实处[2]。在生产机械的过程中会使用大量的无法再生的资源，假如相关生产厂家过度消耗这些宝贵资源，就可能会给机械产品的正常运行带来一定的安全隐患，从而降低机械产品的安全性，为了减少这种事件的发生频率，需要相关设计人员在开始就要制定好相关的使用方案，同时在操作过程中坚持国家要求的环保节能理念，在最大程度上使用污染程度较低、能源消耗较少的机械材料，同时将其当作主要机械材料来使用。
（三）注重材料的实用性
机械材料是否能够有效应用到机械生产当中是材料选择的基础标准。由于机械制造中需要经过多种加工环节，同时在不同的加工环节中还有不同的技术要求，为此要选择具有较强实用性的机械材料。比如在进行机械焊接的过程中，在基础的焊接环境下，要使用能够满足焊接要求，以及具有一定焊接敏感度的机械材料，而在进行机械锻造的过程中需要使用能够满足各种锻造要求的材料。因此在机械设计中要选择具有较强实用性的机械材料。除此之外，还要兼顾生产的经济效益，在进行机械设计时，从机械制造的整体角度入手，在最大程度上降低材料与加工的支出费用，从而为机械制造行业的顺利发展提供基础的保障。
三、结语
综上所述，随着我国社会的持续发展，特别是科技的不断进步，我国的机械设计也得到了一定的发展，而材料的选择优势机械制造行业的发展基础，对于机械的顺利生产具有重要的影响，为此在机械设计环节选择相关的材料时，应该从多方面角度入手，合理选择各种机械材料，在保证材料使用效果的基础上，还要满足国家的绿色发展战略，实现我国机械制造行业的可持续发展。
【参考文献】
[1]王翠萍.机械设计中材料的选择和应用[J].山东工业技术，2018（09）：7.
[2]明习凤.浅析机械设计过程中机械材料的选择和应用[J].电子世界，2018（08）：81+83.